【摘要】：隨著微波天線在衛(wèi)星、雷達(dá)等領(lǐng)域的飛速發(fā)展,對(duì)天線的性能指標(biāo)要求越來(lái)越高,在某些場(chǎng)合傳統(tǒng)的天線遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量已經(jīng)不能滿足測(cè)試要求。為了提高天線測(cè)量的準(zhǔn)確性,南京信息工程大學(xué)于2016年7月展開天線平面近場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)的研究。其中,天線平面近場(chǎng)的測(cè)量原理、近遠(yuǎn)場(chǎng)變換的核心算法、天線掃描架運(yùn)動(dòng)平臺(tái)以及控制系統(tǒng)都是天線平面近場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)難題。因此,本文針對(duì)平面近場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)的核心算法、掃描架運(yùn)動(dòng)平臺(tái)以及控制系統(tǒng)展開了研究,主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)首先深入研究了天線平面近場(chǎng)測(cè)量的基本原理,簡(jiǎn)要介紹了平面波展開理論、掃描面參數(shù)的選取、等效磁流的電場(chǎng)積分方程以及偶極子測(cè)量原理。(2)通過(guò)matlab數(shù)值研究了基于電流探測(cè)的天線近遠(yuǎn)場(chǎng)變換實(shí)現(xiàn)方法,使用Galerkin型矩量法將電流積分的格林方程轉(zhuǎn)化成矩陣方程,通過(guò)合理規(guī)范設(shè)計(jì)了掃描動(dòng)差矩陣使它構(gòu)造成Toeplitz分塊矩陣,運(yùn)用快速傅立葉共軛梯度算法計(jì)算矩陣方程,極大地降低計(jì)算量和運(yùn)算時(shí)間。通過(guò)HOBBIES仿真軟件建立偶極子陣列天線和喇叭天線模型,得到遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖,同時(shí)用偶極子探頭采集天線近場(chǎng)區(qū)的感應(yīng)電流,基于電流探測(cè)的等效磁流近遠(yuǎn)場(chǎng)變換算法獲得天線前向輻射遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖,與HOBBIES軟件直接得到的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖對(duì)比,驗(yàn)證了本文所研究的基于電流探測(cè)的等效磁流法近遠(yuǎn)場(chǎng)變換理論在天線輻射主瓣兩側(cè)120度范圍內(nèi)完全吻合,所研究的方法可行。(3)為了獲得準(zhǔn)確的天線近場(chǎng)數(shù)據(jù),設(shè)計(jì)了一款高精度的近場(chǎng)掃描架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。該掃描架系統(tǒng)以倒“T”型平面為主體結(jié)構(gòu),以結(jié)構(gòu)鋼和玻璃鋼為主材料,以絲杠為傳動(dòng)裝置,步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)方式的掃描架設(shè)計(jì)方案。通過(guò)COMSOL Multiphysics有限分析軟件對(duì)掃描架設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真優(yōu)化,最終研制一款符合設(shè)計(jì)指標(biāo)的掃描架運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。(4)設(shè)計(jì)了天線平面近場(chǎng)掃描架的控制系統(tǒng)。選用STM32F407為處理器芯片,對(duì)外圍串口通信、數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)、三維電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制和電源轉(zhuǎn)換等硬件電路進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)。軟件部分采用模塊化思路分別設(shè)計(jì)主控單元和各個(gè)功能子模塊程序,最后在主程序循環(huán)中調(diào)用功能模塊,實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)功能。(5)最后對(duì)控制系統(tǒng)硬軟件進(jìn)行調(diào)試,結(jié)果表明控制系統(tǒng)各個(gè)模塊的功能符合設(shè)計(jì)要求,且運(yùn)行可靠。
【圖文】：

與天線的最大口徑面尺寸和工作波長(zhǎng)有關(guān)，根據(jù)輻射場(chǎng)的計(jì)算公式和工程實(shí)際可以推逡逑出：當(dāng)0２￡）２／；１時(shí)為遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)；當(dāng)ＺＤ２／Ａｈ２０．６２７＾７１時(shí)為輻射近場(chǎng)區(qū)；當(dāng)ｒ幺０．６２＃／NB為逡逑感應(yīng)近場(chǎng)區(qū)，如圖２－１所示［１６］。逡逑Ｒｅａｃｔｉｖｅ逡逑Ｎｅｉｉｒ－ｆｉｃｌｄ邐ｓ逡逑、＇、、逡逑／邋＇邋、逡逑Ｔ邋／邋ｇ＼邋＇邋——－￣，＼邐邐逡逑；ｍ邋＼＼邋＾邋＼邋丨一逡逑N一，，邋Ｆｒｅｓｎｅｌ邋Ｉ邐Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ逡逑－－一邐１邋：邋減逡逑Ｈｅｌｄ邋—＾邋！邋ｊ邋！邐｜邐）逡逑Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋１＾１邐Ｉ邐、逡逑ｉ邋ｉ邐！邐＾逡逑圖２－１天線輻射場(chǎng)區(qū)分布示意圖逡逑實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)�，F(xiàn)代天線設(shè)計(jì)分析永遠(yuǎn)不可能代替天線測(cè)量技術(shù)，在逡逑６逡逑

平面掃描又依據(jù)采樣點(diǎn)采集方法分為直角坐標(biāo)法、極坐標(biāo)法和雙極坐標(biāo)法。近場(chǎng)測(cè)量不逡逑同掃描方式對(duì)應(yīng)不同的變換算法，它們具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的測(cè)量范圍。近場(chǎng)測(cè)量逡逑方法分類如圖２－２所示。逡逑天線近場(chǎng)測(cè)量逡逑平面掃描邐柱面掃描１邐球面掃描逡逑Ｔ逡逑雙極坐標(biāo)法極坐標(biāo)法直角坐標(biāo)法逡逑Ｔ邐ｉ邐Ｔ邋%煎澹懾義轄凍”浠唬凍》較蟯煎義賢跡玻步〔飭糠椒ǚ擲嗤煎義希峰義

本文編號(hào)：2611745